納米結構電致變色材料是電致變色器件中常用的著色效率高、開關速度快、循環壽命長的材料;而由陽極和陰極著色材料構成的互補電致變色器件在實現大的光調製方面是有效的。然而，利用納米結構的電致變色材料構建互補的電致變色器件，以實現快速開關速度、高光學對比度、足夠的循環穩定性和低製造成本的結合，這方面的成功有限。在此，我們提出了一種簡便而有效的策略，通過在相反的氧化還原條件下組裝具有相似電致變色轉變的兩種納米結構電致變色材料的噴霧處理薄膜，來構建低成本的互補智能窗。所得到的器件表現出優異的電致變色性能，包括在660 nm下68%的顯著光學調製、快速的切換速度(0.5/0.9 s)用於顯色和漂白過程、520 cm2的高顯色效率(C-1)和超過10,000個週期的超高循環穩定性。此外，這些納米結構的電致變色材料是核-殼型高嶺土納米管(HNT)和固有導電聚合物(ICPs)納米複合材料。相關的製備工藝(如噴塗)成本低，可在環境條件下進行。所有這些都使得所開發的材料和智能窗戶易於大規模生產。本研究開發的新穎、簡便、經濟的方法用於製造納米電致變色材料和具有電致變色分層納米結構的噴塗智能窗戶，在各種工程和生物工程領域具有巨大的應用潛力。
目前，世界上超過30%的能源用於建築物的供暖、通風和照明。因此，開發能夠減少建築物能源消耗的技術是當務之急。在過去的幾十年裡，基於電致變色材料的智能窗作為提高建築能效和提供舒適環境的一種手段引起了研究者們的極大關注。通過一個小電場可逆地將玻璃在透明漂白狀態和著色狀態之間轉換，可以動態地調節太陽能照射和太陽能加熱通量進入建築物，從而大大降低了冷卻用電和降低照明成本。儘管此類研究已進行多年，但能切換速度、光學對比度、循環穩定性和製造成本等問題限制了電致變色窗在利基市場的商業應用。
智能窗HNT@ICPs互補原理圖
最近，四川大學曾宏波等人報道了一種簡便可行的方法，通過在天然富含高嶺石的納米管表面上原位化學氧化聚合常見固有導電聚合物(ICPs)的單體來製備具有層次結構的電致變色材料。這些混合納米管在水中具有良好的分散性，可與許多低成本的加工技術(如噴塗、注射印刷、連續印刷)相兼容，可以大規模生產。基於此策略通過在相反的氧化還原條件下組裝具有相似電致變色轉變的兩種納米結構電致變色材料的噴塗處理薄膜來構建低成本的互補智能窗。所製備的電致變色玻璃性能優於大多數現有的電致變色設備。經過5000次染色漂白循環後，仍能保持原來100%的光學調製，即使經過10000次循環，仍能保持高達96%的光學調製。這些結果表明，開發的互補HNT@ICPs設備在智能窗戶的實際應用有很大的前景。此外，這些納米結構的電致變色材料可以通過使用廉價且天然豐富的HNT和市售的ICP單體，通過簡單的化學氧化聚合來製備。相關的製備工藝(如噴塗)成本低，可在環境條件下進行。所有這些都使得所開發的材料和智能窗戶易於大規模生產。這種新穎、簡便、經濟的方法用於製造納米電致變色材料和具有電致變色分層納米結構的噴塗智能窗戶，在各種工程和生物工程領域具有巨大的應用潛力。相關工作發表在
Journal of Materials Chemistry C上。J. Mater. Chem. C, 2019
DOI:10.1039/C9TC04204K
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